负载于碳基的含金属-氮基团单原子催化剂，因能增强锂硫电池氧化还原动力学并抑制多硫化锂溶解，成为该领域研究热点。然而，要充分发挥其潜力，需同步优化碳基底结构与催化剂配位环境。中央大学先进材料工程系朴承根副教授与化学工程系南仁浩副教授领导的研究团队，通过创新设计解决了这一难题。他们成功构建了金属有机框架衍生的分级多孔碳纳米纤维双层结构，并嵌入低配位钴单原子催化剂，显著提升了锂硫电池性能。

朴承根博士指出：“锂离子电池能量密度已近极限，而锂硫电池虽理论容量更高，却受多硫化物穿梭效应等问题限制。我们通过碳骨架结构工程与原子级催化剂设计结合，致力于突破这些瓶颈。”研究团队将单个钴原子嵌入多孔碳纳米纤维网络的低配位N₃环境中，增强了多硫化锂的吸附并加速了其氧化还原反应。这种设计减轻了穿梭效应，改善了整体动力学，为锂硫电池性能提升提供了新思路。

从材料设计层面看，双层工程策略将分级多孔碳纳米纤维结构与低配位N3构型中原子分散的钴单原子位点相结合。碳纳米纤维提供机械稳定性与优异电解液润湿性，钴位点则催化多硫化物转化。这种协同作用使电池在数百次循环后仍保持高容量与优异倍率性能。南仁浩博士强调：“我们的材料自支撑、无粘合剂、柔韧性好，可直接作为中间层应用于软包电池，即使在弯曲情况下也能保持机械完整性，为小型设备供电。”

长远来看，这项成果有望推动高性能锂硫电池研发，并应用于续航更长的电动汽车、大型可再生能源存储系统及便携式电子设备等领域。对社会而言，更安全高效的电池将加速清洁能源转型，减少对关键原材料依赖，降低成本与碳排放，使可持续技术更普及。

更多信息： Jeong Ho Na 等人，《基于低配位钴单原子催化剂的MOF衍生分级多孔碳纳米纤维的双层工程化及其在高性能锂硫电池中的应用》，《先进纤维材料》 (2025)。